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Aprendendo tudo sobre prototipagem rápida
Prototipagem Rápida (RP) é um termo relativamente novo que simplesmente explica o processo de criação rápida de protótipos usando processos avançados de fabricação, tentando avaliar visual e funcionalmente o design de novos produtos e otimizar continuamente o design. Engenheiros ou designers transformam grandes ideias em modelos conceituais realistas que simulam a aparência e o estilo de trabalho do produto final e passam por uma série de validações antes de passar para a produção em massa. Um protótipo é a versão original do produto final, usado para avaliar o design, testar técnicas, analisar os princípios de funcionamento do produto, ajustar o design, materiais, dimensões, forma, montagem, cor, capacidade de fabricação e resistência, evitar potencial em tempo hábil armadilhas e melhorar a qualidade do produto final. Este artigo explora sete métodos de prototipagem atualmente populares e compara as características do material de peças fabricadas por vários processos. Além disso, são resumidos os principais fatores que devem ser considerados em vários processos de fabricação. O objetivo é ajudar os projetistas a escolher o melhor processo de fabricação de protótipos.
Definição de prototipagem rápida
A prototipagem rápida é o processo de produzir modelos o mais rápido possível para simular o produto final. Existem dezenas de métodos de fabricação que podem fazer protótipos, o mais impressionante deles é a manufatura aditiva, ou seja, a impressão 3D. No entanto, a usinagem CNC de fabricação subtrativa tradicional também pode produzir protótipos de alta qualidade. A impressão 3D e a prototipagem rápida se encaixam perfeitamente, possibilitando a fabricação de peças com formas geométricas quase ilimitadas, necessitando apenas de uma impressora e nenhuma outra ferramenta. A impressão 3D pode produzir peças com propriedades mecânicas muito semelhantes a vários materiais fabricados usando métodos de fabricação tradicionais.
7 tipos de processos de fabricação de protótipos
Extração | Nomeado | DESCRIÇÃO | TERMINAR | MATERIAIS DE EXEMPLO |
Estereolitografia | SLA | Polímeros fotossensíveis curados a laser | A faixa típica de camadas aditivas é de 0.002-0.006 polegadas (0.051-0.152 mm) | Como termoplástico |
Sinterização Seletiva a Laser | SLS | Pó sinterizado a laser | Camadas aditivas típicas são de cerca de 0.004 polegadas (0.102 mm) | Como nylon e TPU |
Sinterização direta a laser de metal | Dmls | Pós metálicos sinterizados a laser | A faixa típica de camadas aditivas é de 0.0008-0.0012 polegadas (0.020-0.030 mm) | Como aço inoxidável, titânio, cromo, alumínio e materiais metálicos de liga de ferro e níquel cromo |
Modelagem de Deposição Fundida | FDM | extrusões fundidas | A faixa típica de camadas aditivas é de 0.005-0.013 polegadas (0.127-0.330 mm) | Como ABS、PC、PC/ABS、PPSU e outros plásticos |
PoliJet | PJET | Polímeros fotossensíveis a jato curados por UV | A faixa típica de camadas aditivas é de 0.0006-0.0012 polegadas (0.015-0.030 mm) | Como o PMMA, polímero fotossensível elástico |
Usinagem CNC | CNC | Use fresadoras CNC e tornos para remover o excesso de material | Remova o excesso de material (liso) | A maioria dos plásticos e metais de engenharia, tem centenas de materiais |
Fundição a Vácuo | VC | Use moldes de silicone para fazer réplicas de peças de plástico | Liso ou com textura selecionada | Termoplástico de grau de engenharia |
Vantagens e desvantagens de diferentes métodos de fabricação
SLA
SLA: SLA é o método de fabricação aditiva mais antigo, popular e econômico, e é o primeiro método de impressão 3D aplicado ao comércio. É um processo de usar um laser ultravioleta controlado por computador para curar camada por camada de resina de polímero fotossensível líquida e repetir o processo para fabricar peças. As seções transversais de camada por camada são derivadas de arquivos de design CAD (formato .stl). Vale a pena notar que os arquivos CAD no formato. stl se tornaram a linguagem de computador padrão para a maioria das impressoras 3D.
Vantagens: Comparado a outros processos aditivos, o SLA pode produzir protótipos de alta qualidade e peças com formas geométricas complexas. O SLA é rápido, de baixo custo e as peças fabricadas têm excelente acabamento superficial e detalhamento ideal, mantendo tolerâncias rígidas. Existem várias bibliotecas de materiais selecionáveis, como propriedades ópticas, mecânicas e térmicas, para corresponder a termoplásticos padrão, de engenharia e industriais. Os protótipos SLA são normalmente usados para fabricar protótipos médicos, também para modelos mestres de fundição a vácuo.
Desvantagens: Os protótipos de fabricação de SLA geralmente têm resistência insuficiente e não são adequados para testes em situações extremas. Além disso, os raios ultravioleta enfraquecem com o tempo em ambientes úmidos.
SLS
SLS: SLS é uma tecnologia de impressão 3D para a fabricação de protótipos de metal e plástico. É um processo de criação de protótipos camada por camada usando aquecimento a laser de alta potência controlado por computador e materiais em pó de sinterização, como nylon ou pós de TPU elástico semelhantes a plásticos de grau de engenharia. A tecnologia SLS pode ser rastreada até a década de 1980 e foi patenteada por Carl Deckard. Semelhante a muitos outros processos de impressão 3D, pode fabricar peças com formas geométricas complexas, incluindo recursos internos, rebaixos, paredes finas, etc., como peças com estruturas internas de treliça difíceis de obter por usinagem CNC.
Vantagens: Em comparação com o SLA, as peças do SLS são mais precisas e duráveis e são adequadas para alguns testes funcionais.
Desvantagens: A superfície das peças SLS tem textura granular ou arenosa, carece de detalhes finos e é muito áspera. O processamento secundário é necessário para alcançar resultados estéticos e os materiais disponíveis são limitados.
Dmls
DMLS: Dmls é uma tecnologia de impressão 3D para fabricar protótipos de metal e peças de uso final, soldando pó camada por camada até que a peça seja concluída. As peças DMLS podem ser feitas da maioria dos materiais de liga e, claro, os mesmos materiais das peças finais podem ser selecionados para produzir protótipos funcionais e de resistência total.
Vantagens: A DMLS pode fabricar protótipos de metal (tipicamente 97% de densidade) para testes funcionais e pode fabricar recursos internos ou canais que não podem ser realizados por processos tradicionais. As propriedades mecânicas das peças DMLS são basicamente consistentes com as das peças de fabricação tradicional.
Desvantagens: A superfície das peças DMLS é áspera e requer pós-tratamento caro. Se o DMLS for usado para fabricar várias peças de metal, o custo pode ser alto.
FDM
FDM: No processo de moldagem por deposição de fusão (FDM), materiais termoplásticos (como ABS, policarbonato ou mistura de ABS/policarbonato) são derretidos em um bocal aquecido pela impressora e, em seguida, o bocal se move ao longo de um caminho definido, colocando material de resina liquefeita camada por camada, criando um protótipo de baixo para cima.
Vantagens: A FDM pode escolher entre materiais termoplásticos genuínos, produzindo componentes de baixo custo e robustos, capazes de realizar alguns testes funcionais. Claro, este processo também pode produzir peças com estruturas complexas. A tecnologia FDM é fácil de usar, acomoda diferentes tipos e cores de plástico na fabricação de uma única peça e é suficientemente segura, limpa e livre de poluição.
Desvantagens: As peças FDM geralmente têm alguns furos, resistência desigual, acabamento superficial ruim e marcas de ondulação óbvias. Comparado ao SLA ou SLS, o FDM não é eficiente.
SLM
SLM: SLM é uma tecnologia que usa lasers de alta potência para derreter e fundir pós metálicos para produzir protótipos ou peças. Os pós metálicos comuns incluem ligas de titânio, aço inoxidável, alumínio e cromo-cobalto, que podem ser usadas para fabricar peças metálicas de precisão com alta resistência, durabilidade e complexidade.
Vantagens: As peças de precisão fabricadas pela SLM são amplamente utilizadas em indústrias como aeroespacial, automotiva, Defesa nacional e tratamento médico.
Desvantagens: peças ou protótipos feitos por SLM podem ser caros e precisam ser controlados por um maquinista qualificado.
POLIJATO
POLIJATO: A PolyJet usa uma cabeça de impressão para pulverizar resina de polímero fotossensível camada por camada e usa materiais curáveis por UV para construir protótipos ou peças. A camada de resina pulverizada por este processo pode ser muito fina e produzir peças com superfícies lisas. As cabeças de impressão podem ser pulverizadas com diferentes materiais, permitindo a construção de protótipos multimateriais.
Vantagens: O Polyjet é acessível e pode ser usado para fabricar peças flexíveis com estruturas complexas, bem como para fazer protótipos de peças moldadas embrulhadas usando materiais flexíveis e rígidos.
Desvantagens: As peças Polyjet não são fortes o suficiente para testes funcionais e podem ficar amarelas após exposição prolongada à luz.
Usinagem CNC: Os cortadores giram ao longo de um percurso definido para cortar blocos sólidos (ou barras) de plástico ou metal, removendo o excesso de material para produzir peças ou protótipos, que é um processo de redução de material. Em comparação com os aditivos, as peças usinadas em CNC têm excelente resistência e acabamento superficial e são relativamente completas. A gama de materiais selecionados é muito ampla, com milhares de tipos, que podem produzir peças CNC com múltiplas funções, como resistência à tração, resistência ao impacto, temperatura de deformação térmica, resistência química e biocompatibilidade. Boas tolerâncias são adequadas para montagem e testes funcionais.
Vantagens: As peças CNC têm bom acabamento superficial e tolerâncias rígidas, e uma variedade de termoplásticos e metais de grau de engenharia podem ser selecionados. Em comparação com a impressão 3D, os protótipos podem ser entregues em 24 horas, dependendo da complexidade da peça.
Desvantagens: Para algumas peças complexas, a usinagem CNC pode ter algumas limitações. Por exemplo, é muito difícil usinar peças ocas de paredes finas e, às vezes, é necessário virar e fixar a peça de trabalho com acessórios personalizados. Portanto, para usinagem de peças com formas geométricas complexas, o custo da usinagem CNC é relativamente alto.
Fundição a vácuo: A rigor, a fundição a vácuo é um processo de fabricação de pequenos lotes de peças. O processo de remoção de espuma, mistura, pré-aquecimento e moldagem do material de poliuretano vazado sob condições de vácuo e condução de um processo de moldagem de cura secundária de 2 a 3 horas em uma caixa de temperatura constante a 60 ℃ - 80 ℃.
Vantagens: A réplica feita por fundição a vácuo pode atingir a resistência e dureza de matérias-primas como o ABS, e também pode ser equipada com cores de acordo com os requisitos. O processo de réplica a vácuo pode produzir pequenos lotes de peças plásticas com estruturas complexas e espessura de parede uniforme que podem atender a certas funções e aparências.
Desvantagens: Cada molde pode produzir até 25 cópias (dependendo da complexidade do molde e do material de fundição); Se as peças exigirem alta qualidade (como estruturas transparentes ou complexas), apenas 12 ou até 10 réplicas podem ser feitas de um molde.
Quanto custa a prototipagem rápida?
Esta pergunta é difícil de responder. A prototipagem rápida depende de uma variedade de fatores diferentes, com diferenças significativas nos custos. Por exemplo, se informações como tecnologia de processamento, tamanho, quantidade, acabamento de superfície, quantidade, material e tratamento de superfície são incertas, é difícil avaliar quanto custará a fabricação de um protótipo, que pode variar de dezenas de dólares a milhares de dólares. Se você concluiu o design de um projeto de protótipo, sinta-se à vontade para entrar em contato com a DDPROTOTYPE, um dos principais fabricantes de prototipagem rápida na China, para fornecer uma cotação gratuita e fornecer sugestões construtivas e soluções viáveis para o seu design gratuitamente.